เรียนรู้ระบบไฟฟ้ากำลัง (4) Emergency

ปัจจุบันระบบไฟฟ้าสำรองมีความจำเป็นอย่างยิ่ง สำหรับธุรกิจแบบใหม่ที่มีการทำงานตลอด 24 ชั่วโมง ไม่ว่าจะเป็นโรงงาน โรงพยาบาล อาคารตึกสูงๆ หรือสถานที่สำคัญต่างๆ และเป็นพลังงานไฟฟ้าฉุกเฉิน เมื่อเกิดเหตุที่การไฟฟ้าหลัก เกิดอุบัติเหตุทั้งทางธรรมชาติหรือความประมาทของมนุษย์เอง ซึ่งสามารถใช้งานได้ทันที ระบบไฟฟ้าสำรองแบ่งได้ดังนี้

• ระบบแสงสว่างฉุกเฉิน
• ระบบ UPS
• ระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ระบบแสงสว่างฉุกเฉิน
     องค์ประกอบของระบบแสงสว่างฉุกเฉินมี
     -หลอดไฟฟ้า
     -ชุดอัดประจุไฟฟ้า (Battery Charger)
     -Battery
     การทำงานของระบบ คือ ระบบจะอัดประจุไฟฟ้าเก็บไว้ใน Battery และเมื่อไฟฟ้าดับ วงจรจะต่อไฟฟ้าจาก Battery จ่ายไปหลอดไฟฟ้าให้แสงสว่าง


ระบบ UPS
     หรือเรียกว่า Uninterruptible Power Supply ซึ่งความหมายคือ ระบบจ่ายไฟฟ้ากำลังชนิดจ่ายได้ต่อเนื่องตลอดเวลา โดยไม่มีการกระพริบของไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าของการไฟฟ้าดับลง
STATIC UPS
     การทำงานของระบบ คือ ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าจะถูกแปลงจากไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC)เพื่อเก็บประจุไฟฟ้าไว้ใน Battery ขณะเดียวกันจะมีเครื่องแปลงไฟฟ้ากระแสตรงไปเป็นกระแสสลับจ่ายต่อไปอุปกรณ์ไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าดับไฟฟ้าจาก Battery จะถูกจ่ายออกไปในทันที ดังนั้นอุปกรณ์ไฟฟ้าจึงมีไฟฟ้าใช้อย่างต่อเนื่อง ระยะเวลาที่มีไฟฟ้าใช้จะขึ้นอยู่กับขนาดของ Battery ว่ามีขนาดใหญ่เล็กเพียงใด
DYNAMIC UPS
     สรุปการใช้งานได้ดังนี้
     -สภาวะปกติ กระแสไฟฟ้าจากการไฟฟ้าจะจ่ายไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยตรง
     -ไฟฟ้าส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นพลังงานเก็บไว้ในรูปของไฟฟ้ากระแสตรง ใน Battery หรือเก็บไว้ใน Fly Wheel ที่มีหลายรูปแบบ เช่น Synchronous machine
     -เมื่อไฟฟ้าดับพลังงานที่สะสมจะจ่ายไฟฟ้าให้อุปกรณ์ในช่วงเวลาสั้นๆ
     -เครื่องยนต์ต้นกำลังจะถูกเดินเครื่องขึ้น โดยใช้เวลาทันก่อนที่พลังงานสะสมจะหมดไประบบจะมีไฟฟ้าใช้ต่อไป
     -เมื่อไฟของการไฟฟ้ากลับสู่ปกติระยะเวลาหนึ่ง เครื่องยนต์ต้นกำลังก็ดับลง เพื่อให้การจ่ายไฟฟ้าเข้าสู่สภาวะปกติ
และสามารถเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย ของ Dynamic UPS ได้ดังนี้
     -มีราคาแพง และใช้เนื้อที่มาก
     -สถานที่ติดตั้งไม่ต้องการระบบปรับอากาศ
     -มีความทนทานของอุปกรณ์สูง
     -ไฟฟ้าด้านขาออก มีความ stable
     -ภาค Output รับกระแสลัดวงจรได้สูง


ระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปพอจะแบ่งแยกตามชนิดเชื้อเพลิงที่ใช้ได้ดังนี้
     -ชนิดใช้น้ำมันเบนซิน
     -ชนิดใช้น้ำมันดีเซลหมุนเร็ว
     -ชนิดใช้น้ำมันดีเซลหมุนช้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดเบนซิน
     เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้มีขนาดเล็ก โดยประมาณทั่วไป ขนาดไม่เกิน 25 KVA จะมีทั้ง 1 Phase และ 3 Phase เหมาะสำหรับใช้งานตามบ้านเรือนที่อยู่อาศัย หรือธุรกิจร้านค้าที่มีขนาดเล็กมากๆ เครื่องยนต์มีทั้งชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศ สำหรับขนาดเล็ก และระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับขนาดใหญ่ขึ้นไป การ Start เครื่องยนต์จะมีทั้งการใช้เชือกกระตุก และในกรณีเครื่องยนต์โตขึ้นจะมีระบบไฟฟ้าช่วยในการ Start เครื่อง เครื่องชนิดนี้มีราคาไม่แพง ดูแลรักษาง่าย
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใช้น้ำมันดีเซลหมุนเร็ว
     เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้ จะมีขนาดพอเหมาะสำหรับการใช้งานธุรกิจทั่วไป มีขนาดเครื่องตั้งแต่ 30 KVA จนถึง 2000 KVA ประเภทของเครื่องยนต์ที่ใช้งานมี 2 ประเภทคือ
     -เครื่องยนต์ชนิด 2 จังหวะ เป็นประเภทที่เรียกกันว่า เครื่องยนต์สำหรับใช้งานหนัก การจุดระเบิดของเครื่องยนต์มีจำนวนครั้งมากเป็น 2 เท่าของชนิด 4 จังหวะ จังหวะที่ 1 ระบายไอเสียพร้อมบรรจุไอดีเข้ากระบอกสูบ และอัดไอดีจังหวะที่ 2 ฉีดน้ำมัน เพื่อสันดาป เหมาะสำหรับกิจการที่ต้องการรับแรงบิดหรือการกระชากในการ Start อุปกรณ์ไฟฟ้าหนักๆ เช่นการ Start motor หรือใบพัดขนาดใหญ่ๆ เพราะสามารถเร่งเครื่องเพื่อรักษาความเร็วรอบของเครื่องได้รวดเร็ว Voltage dip หรือ Frequency dip จะกลับคืนสู่สภาพปกติได้รวดเร็ว ปัญหาที่ไม่นิยมใช้ในปัจจุบัน คือเป็นเครื่องที่มีการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง อัตราสึกหรอของเครื่องมีสูง ส่วนใหญ่จะใช้ในกิจการรถไฟ เรือ หรือกิจการทหารที่ใช้งานหนัก
     -เครื่องยนต์ชนิด 4 จังหวะ จังหวะที่ 1 สูบไอดี เข้ากระบอกสูบ จังหวะที่ 2 อัดไอดี จังหวะที่ 3 ฉีดน้ำมันเพื่อสันดาป และจังหวะที่ 4 ระบายไอเสียออกจากกระบอกสูบ เป็นเครื่องที่มีความนิยมใช้ในกิจการทั่วไป ความเร็วรอบของเครื่องยนต์ คือ 1500 รอบต่อนาที การระบายความร้อนของเครื่อง เป็นชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ ผ่านทางหม้อน้ำ เครื่องยนต์ต้นกำลังในการใช้งานนิยมระบบที่มี Turbo โดยจะนำไอเสียเครื่องยนต์ที่มีแรงอัดไอเสียออกไป หมุนใบพัดอากาศ เพื่ออัดอากาศดีเข้ากระบอกสูบได้เพิ่มมากขึ้นเป็นการเผาไหม้ให้ได้กำลังเครื่องสูงขึ้น โดยปกติอากาศดีหลังจากผ่านชุด Turbo แล้วจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นมาก ไม่เหมาะกับการเผาไหม้ จึงจะต้องต่อท่อไปยังใบพัดลมหน้าหม้อน้ำ เพื่อลดอุณหภูมิลง ระบบการ Start จะใช้ระบบไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดน้ำมันดีเซลหมุนช้า
     เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้ จะมีขนาดใหญ่มาก ตั้งแต่ 2200 KVA ขึ้นไป จะใช้งานในกิจการอุตสาหกรรมหนักต่างๆ รวมถึงโรงผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กตามชนบทห่างไกล ความเร็วรอบเครื่องยนต์จะต่ำลงอยู่ที่ 1000 รอบต่อนาที ระบบระบายความร้อนจะใช้น้ำ ในกรณีที่เครื่องใหญ่มากจะไม่ใช้หม้อน้ำ แต่จะใช้หอผึ่งน้ำ (Cooling Tower) แทน การ Start เครื่องยนต์ไม่สามารถใช้ระบบไฟฟ้าได้ จะใช้การ Start โดยใช้ระบบอัดลม (Compressed air)
     สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

• การกำหนดขนาดเครื่อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชุดเดียวกัน เมื่อใช้ในสภาวะต่างๆ ขนาดเครื่องจะต่างกัน สภาวะการใช้งานจะมีอยู่  3 สภาวะ คือ Standby Power, Prime Power และ Continuous Power การกำหนดสภาวะการทำงานทั้ง 3 สภาวะเป็นดังนี้ 

     -Standby Power จะกำหนดให้เครื่องทำงานไม่เกินครั้งละ 2 ชั่วโมง เช่นเครื่องมีขนาด 1000 KVA ที่ Standby rating
     -Prime Power จะกำหนดให้เครื่องทำงานไม่เกินครั้งละ 8-10 ชั่วโมง เครื่องชุดเดียวกับข้างต้น จะมีขนาดประมาณ 900 KVA ที่ Prime power rating
     -Continuous Power จะกำหนดให้เครื่องทำงานได้ต่อเนื่องตลอดเวลา เครื่องชุดเดียวกับข้างต้น จะมีขนาด 800 KVA

• ระบบการ Start เครื่องยนต์

     -การ Start เครื่องยนต์โดยใช้ไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าจะได้จาก Battery ดังนั้นการดูแลระบบจำเป็นต้องดูแลระบบการ Charge battery และพร้อมหมั่นตรวจสอบ Battery ซึ่งทั่วไปใช้ Lead acid ให้มีสภาพสมบูรณ์ คอยเติมน้ำกลั่นและเปลี่ยน Battery ที่หมดอายุการใช้งานใน 2 ปี
     -การ Start เครื่องยนต์โดยใช้ระบบอัดลม พลังงานจะได้มาจากการใช้ Pump ลมอัดอากาศเข้าถังเก็บลม (Compressed air Tank) และต่อท่อลมเข้าสู่มอเตอร์ลมในระบบการ Start เครื่องยนต์ การดูแลระบบจะต้องหมั่นตรวจสอบเครื่องอัดลม, ถังลม และท่อลมต่างๆ ไม่ให้มีการรั่วของลม และจะต้องมีลมอัดเก็บไว้ในถังลมเสมอ 

• Governor

     เป็นชุดควบคุมความเร็วรอบของเครื่องยนต์ให้คงที่ ตามที่กำหนดในทุกสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ เช่น ความเร็วรอบที่ 1500 รอบต่อนาที เมื่อเดินเครื่องตัวเปล่า (Run no-load) เมื่อจ่ายกำลังไฟฟ้าออกไป ความเร็วรอบจะตกลง Governor จะสั่งให้เครื่องฉีดน้ำมันเข้าเครื่องเพิ่มเพื่อเร่งรอบในทันที เพื่อรักษารอบการทำงานให้คงที่เสมอ

• ท่อไอเสีย

     การติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางครั้งจะอยู่ไกลจากหลังคา หรือขอบอาคารในกรณีนี้จะต้องมีการคำนวณค่าของแรงดันไอเสียอัดกลับ (Back-Pressure) ซึ่งหากค่าดังกล่าวมากเกินกำหนดเครื่องยนต์จะไม่สามารถเดินได้เต็มกำลัง หรือกำลังเครื่องจะถูกลดลง การแก้ไขคือ ต้องเพิ่มขนาดของท่อไอเสียให้ใหญ่ขึ้น ในด้านการป้องกันเสียงจะต้องมีการติดตั้งท่อพักไอเสีย (Silencer) ที่มีขนาดพอเหมาะ

• Exciter

     เป็นอุปกรณ์ส่วนหนึ่งของชุด Alternator ที่จะสร้างสนามแม่เล็กไฟฟ้า เพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ปกติจะมี 2 แบบ คือ Self-Excited และ Separate Excited

• Turbo

     ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปัจจุบันเราต้องการอัตราการเร่งเครื่องยนต์ และกำลังของเครื่องยนต์ที่สูง และเร็วต่อการรับแรงกระชากของ Load ไฟฟ้าที่เกิดขึ้น อุปกรณ์ Turbo จะเป็นชุดเพิ่มอัตราการเร่งของเครื่องโดยอาศัยหลักเพิ่มปริมาณอากาศที่ป้อนเข้ากระบอกสูบเพื่อให้สามารถเพิ่มปริมาณน้ำมัน เป็นการเพิ่มการเผาไหม้ ที่ได้พลังงานกลออกจากเครื่องได้มากขึ้น

     การเพิ่มปริมาณอากาศทำได้โดย การนำไอเสียที่มีแรงดันไปทำการหมุนพัดลมที่เชื่อมแกนไปยังปั๊มอากาศดี เพื่ออัดปริมาณอากาศเข้ากระบอกสูบมากขึ้น อากาศที่ถูกอัดนั้นจะมีความร้อนสูงขึ้น ซึ่งไม่เหมาะที่จะถูกส่งเข้ากระบอกสูบ ดังนั้นก่อนเข้ากระบอกสูบจะนำอากาศที่ผ่านชุด Turbo ผ่านชุดหล่อเย็น (Cooler)เพื่อลดอุณหภูมิอากาศอัดให้เย็นลงเป็นปกติ

• Sound Attenuator

     ในห้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขณะทำงานเสียงที่เกิดขึ้นจะดังมาก เมื่อวัดระยะห่าง 1 เมตรจากเครื่อง จะได้ความดังประมาณ 110-120 dB เกินกว่าที่หูของคนจะทนได้ หรืออาจสร้างอันตรายต่อการได้ยิน ภายในห้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงจะต้องบุผนังเพื่อดูดซับเสียง ปัญหาของเสียงที่ออกไปยังบริเวณนอกห้องเกิดจากช่องเป่าลมออกหน้าหม้อน้ำ และช่องลมระบายอากาศเข้า การกันเสียงทำโดยใช้ Sound Attenuator โดยมีหลักการให้ลมสามารถผ่านทะลุได้ตามปกติ แต่เสียงจะถูกดักอยู่ และดูดซึมออกไปในที่สุด ห้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ถูกต้อง เมื่อวัดที่ระยะห่างจากกำแพงด้านนอกห้อง ความดังต้องไม่เกิน 70 dB

• Automatic Transfer Switch (ATS)

     ATS เรียกกันง่ายๆ ว่า สวิตซ์สับถ่ายอัตโนมัติ จะมีการรับไฟฟ้าเข้า 2 ทาง โดยทางที่ 1 จากการไฟฟ้า และทางที่สองจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไฟฟ้าขาออกจะจ่ายไปยังโหลด (Load)ที่ต้องการ โดยมีหลักการทำงานดังนี้

     -ปกติรับไฟจากการไฟฟ้า

     -เมื่อไฟฟ้าดับ จะส่งสัญญาณไป Start Generator

     -เมื่อไฟฟ้าด้าน Generator มาถึง ATS จะโยกไปรับไฟจาก Generator

     -เมื่อไฟฟ้าจากการไฟฟ้ากลับสู่สภาวะปกติ ATS จะเริ่มนับเวลา เพื่อจะโยกไฟฟ้าคืนระบบการไฟฟ้า และส่งสัญญาณให้ Generator หยุดการทำงานต่อไป

**********************************************

ติดตามบทความการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า พร้อมตู้ ATS ของยี่ห้อ KOHLER ได้ที่นี้ เร็วๆ นี้ครับ